Desarrollan maíz transgénico que reduciría pérdidas alimentarias y salvaría vidas de una toxina mortal

Científicos de la Universidad de Arizona (UA) desarrollaron un nuevo enfoque pionero que podría ahorrar millones de toneladas de cultivos perdidos cada año debido a la contaminación con aflatoxinas, las cuales además son una amenaza importante para la salud y la seguridad alimentaria, especialmente en los países en desarrollo.

El enfoque del equipo utiliza plantas de maíz transgénico que producen pequeñas moléculas de ARN que evitan que los hongos produzcan aflatoxinas, sustancias altamente tóxicas que pueden hacer que toda una cosecha sea peligrosa para el consumo humano, incluso en pequeñas cantidades.

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Aunque los ensayos extensivos en el campo tendrán que realizarse previamente a la aplicación generalizada de la nueva técnica en entornos agrícolas, los resultados del estudio, publicado en Science Advances, mostraron que las plantas de maíz transgénicas infectadas con el hongo suprimieron los niveles de toxina por debajo de los límites detectables.

Los cultivos de todo el mundo son susceptibles a la infección por hongos de varias especies de Aspergillus, un hongo que produce metabolitos secundarios conocidos como aflatoxinas. Estos compuestos han sido responsables de retraso del crecimiento de los niños, aumento del riesgo de cáncer de hígado, y hacen a las personas más susceptibles a enfermedades como el VIH y la malaria al dañar el sistema inmune.

A diferencia de los Estados Unidos, donde los cultivos destinados al consumo humano son sometidos a pruebas de aflatoxina e incinerados una vez que los niveles se aproximan a 20 partes por billón (equivalente a una gota de agua en un tanque de 83.200 litros), no hay pruebas disponibles en los países en desarrollo, especialmente en África, donde millones de personas dependen de consumir lo que cosechan. Allí, se han medido niveles de toxinas de hasta 100.000 partes por billón, dice la líder del estudio Monica Schmidt, profesora asistente en la Escuela de Ciencias Vegetales de la UA y miembro del Instituto BIO5 de le misma universidad.

“La aflatoxina es una de las toxinas más potentes del planeta”, dijo Schmidt. “Por lo general, no matará a una persona directamente, pero puede enfermarte mucho.”

Financiada por la Fundación Bill y Melinda Gates, Schmidt y su equipo se dispusieron a estudiar si un mecanismo biológico de origen natural llamado “ARN de interferencia” podría utilizarse como arma contra la toxina de Aspergillus. Este enfoque, llamado silenciamiento genético inducido por el huésped (HIGS, por sus siglas en inglés), se basa en trabajos anteriores de otros investigadores que descubrieron que durante el proceso infeccioso, la planta huésped y el hongo intercambian pequeñas moléculas de ácido nucleico – los bloques que conforman el ADN de un organismo.

“Cuando leí sobre esto en la literatura, pensé: ‘¿Por qué no podemos hacer un caballo de Troya para apagar esa toxina?'”, dijo Schmidt, que ha estado trabajando en este proyecto durante años. “Introdujimos una construcción de ADN modificado en el maíz, que pasa el ARN al hongo cuando este infecta la planta de maíz”.

Las plantas de maíz modificadas llevan un “mapa genético” para producir las pequeñas moléculas del ARN, cada uno de solamente cerca de 20 pares de bases de largo, y solamente expresado en los granos comestibles, no en toda la planta.

“El maíz está produciendo constantemente ese ARN durante todo el desarrollo del grano”, explicó Schmidt. “Cuando los granos entran en contacto con el hongo, el ARN se mueve hacia el hongo”.

Una vez dentro de las células fúngicas, las moléculas de ARN en forma de horquilla se emparejan con las correspondientes secuencias objetivo del propio ARN del hongo – encargado de codificar una enzima necesaria para la producción de toxinas; este proceso se conoce como interferencia por ARN. Esto hace que la producción de la toxina cese, pero no genera ningún otro impacto en el hongo, que sigue creciendo y viviendo en el maíz, aunque ahora de forma inofensiva.

El enfoque HIGS tiene una ventaja distintiva sobre los esfuerzos existentes para mantener las aflatoxinas fuera de la cadena alimentaria humana, ya que impide al hongo producir la toxina en primer lugar, mientras que la cosecha está creciendo en el campo, en lugar de proteger los cultivos sólo después de haber sido cosechados y almacenados. Tales enfoques incluyen ventiladores accionados por energía solar que aspiran hacia fuera el aire de las instalaciones de almacenaje o sellar los cultivos en enormes bolsas de almacenaje que crean condiciones libres de aire para que el hongo no pueda crecer.

Otra estrategia, iniciada por el coautor del estudio, Peter Cotty, patólogo de plantas e investigador del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos y la Escuela de Ciencias Vegetales de la UA, ha explorado la pulverización de plantas agrícolas con cepas de Aspergillus que no producen aflatoxinas, impidiendo así que sus parientes patógenos se establezcan en las plantas.

Otros investigadores han intentado cultivar variedades de maíz que expresan proteínas antifúngicas, pero debido a que no se conocen muchas proteínas antifúngicas estos esfuerzos han tenido un éxito limitado, dijo Schmidt.

HIGS es una gran promesa porque es altamente específica y dirigida en su efecto, explicó Schmidt, y podría aplicarse potencialmente a otros cultivos. Schmidt está colaborando con Tech Launch Arizona, la oficina de la UA que comercializa invenciones derivadas de la investigación, para llevar la tecnología al mercado – ya se ha presentado una patente.

En sus experimentos, el equipo infectó plantas de maíz con Aspergillus y las dejó crecer durante un mes. Aunque se encontró que las plantas de control (no modificadas genéticamente) tenían niveles de toxina entre 1.000 y 10.000 partes por billón, los niveles de toxina eran indetectables en las plantas transgénicas.

“El límite de detección no es cero, pero lo suficientemente bajo como para que el maíz sea seguro para comer”, dijo Schmidt.

El equipo tomó el proyecto un paso más e investigó la expresión genética global en los granos para ver si las plantas transgénicas de maíz vienen con efectos secundarios no deseados. Esto involucró al laboratorio del co-autor Rod Wing, también de la escuela de UA de ciencias vegetales, para comparar millares de transcripciones del ARN entre las mazorcas del grupo control no transgénico y las mazorcas transgénicas. El equipo no encontró una única diferencia significativa en términos de expresión génica diferencial entre los granos transgénicos y no transgénicos, según Schmidt.

Estas mazorcas de maíz muestran los sitios donde se infectaron con el hongo Aspergillus. Aunque los granos no transgénicos(imagen media e inferior) y transgénicos (imagen superior) mostraron igual evidencia de infección, los transgénicos no acumularon la toxina. Los puntos rojos marcan los granos cosechados por los investigadores para luego determinar los niveles de toxina. (Foto: Monica Schmidt)

“Esta planta de maíz sería como cualquier otra”, dijo. “El único rasgo que lo distingue es su capacidad para eliminar la producción de toxinas, no debería tener otros efectos, pero obviamente, se necesitarán muchas pruebas antes de que puedan cultivarse en los campos”.

Schmidt y su equipo eligieron la revista de acceso abierto Science Advances específicamente porque “queremos que cualquiera con una conexión a Internet pueda acceder a nuestros resultados, especialmente en África, donde la aflatoxina es un gran reto para la seguridad alimentaria”.